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Die
Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung und
ein Verfahren zum Prüfen
mehrerer Halbleiterbauteile in Prüfpositionen auf einer Schnittstellenplatine,
die mit einem Prüfkopf
in Wirkverbindung steht.
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Eine
derartige Prüfvorrichtung 30 zum
Prüfen
mehrerer Halbleiterbauteile 2 in Prüfpositionen 36, 37, 38 und 39 auf
einer Schnittstellenplatine 4, wie sie gegenwärtig zum
Einsatz kommt, wird mit einer schematischen Draufsicht in 3 gezeigt.
Dazu weist die Prüfvorrichtung 30 eine
großflächige Hauptplatine 11 auf,
die über
eine unterhalb der Hauptplatine 11 angeordnete in dieser
Draufsicht nicht sichtbare Hauptschnittstelle mit einem unterhalb
der Hauptschnittstelle angeordneten und in dieser Draufsicht ebenfalls
nicht sichtbaren Prüfkopf
verbunden ist. Auf der Hauptplatine 11 ist die Schnittstellenplatine 4 als
kreisrundes Verdrahtungssubstrat aufgebracht. Diese kreisrunde Schnittstellenplatine 4 steht über Blöcke 15 bis 26 von
Federkontaktelementen mit der Hauptplatine 11 elektrisch
in Verbindung. Darüber
hinaus weist die Schnittstellenplatine 4 zwölf Hochfrequenzsteckverbindungen 10 auf,
die zwischen den Blöcken 15 bis 26 von
Federkontaktelementen angeordnet sind.
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Diese
zwölf Hochfrequenzsteckverbindungen 10 und
die zwölf
Blöcke 15 bis 26 von
Federkontaktelementen stehen über
entsprechende Leiterbahnen 43 der Schnittstellenplatine 4 mit
insgesamt vier Prüfsockeln 36, 37, 38 und 39 elektrisch
in Verbindung. Die vier Prüfsockel 3 können jeweils
ein Halbleiterbauteil 2 als Prüfobjekt 35 aufnehmen.
Die vier Prüfsockel 3 stehen über eine
Vielzahl von nicht gezeigten Verbindungsleitungen mit den Blöcken 15 bis 26 von
Federkontaktelementen in Verbindung. Eine derartig komplexe Schnittstellenplatine 4 ist
für jeden Sockeltyp
neu zu entwerfen, was eine kostenintensive Vorbereitung der Prüfvorrichtung 30 auf
einen Prüfdurchgang
mit sich bringt. Weitere Nachteile dieser relativ komplexen Anordnung
für das
Prüfen
von lediglich vier Halbleiterbauteilen 2 bzw. vier Prüfobjekten 35 in
den Prüfsockeln 36, 37, 38 und 39 zeigt den
Nachteil dieser mehrfachen Prüfvorrichtung 30, dass
alle Testpositionen in einer einzigen Schnittstellenplatinenposition 31 angeordnet
sind.
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Dieses
hat darüber
hinaus den Nachteil, dass der Entwurf der Schaltungsordnung in Bezug auf
Leiterbahnen und Komponenten von Prüfsockel 3 zu Prüfsockel 3 unterschiedlich
ist. Weiterhin ist es nachteilig, dass jede der vier Prüfpositionen
unterschiedliche Design- oder Entwurfsfehler aufweisen können, die
zu identifizieren und zu beseitigen sind. Schließlich ist es nachteilig, dass
die unterschiedlichen Entwürfe
zu unterschiedlichen Messergebnissen, insbesondere bei dem Testen
und Prüfen
von Hochfrequenzbauteilen führen
können.
Schließlich ist
bei Hochfrequenzbauteilen die Interferenz von Prüfposition zu Prüfposition
problematisch.
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Es
sind somit größere Aufwendungen
für ein Entfernen
von Designfehlern und zur Korrelation der Fehler auf der Schnittstellenplatine 4 erforderlich.
Außerdem
führt diese
Art der multifunktionalen und großflächigen Schnittstellenplatine 4 zu
langen Entwicklungszeiten für
eine derartige Schnittstellenplatine zum Testen neuer Bauteiltypen.
Schließlich
wird durch die hohe Komplexität
einer derartigen Schnittstellen platine 4 mit einer Mehrzahl
von Prüfplätzen die
mittlere Zeitspanne bis zu einem totalen Ausfall der gesamten Schnittstellenplatine 4 geringer,
je mehr Prüfpositionen
vorgesehen werden. Somit sind für
eine derart komplexe Schnittstellenplatine 4 signifikant
höhere
Kosten der Entwicklung und zur Wartung und Instandhaltung erforderlich,
was einen schwerwiegenden Engpass für Hochfrequenzanwendungen derartiger
Schnittstellenplatinen 4 darstellt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine preiswerte und flexible Prüfvorrichtung
anzugeben, welche die Nachteile der in 3 dargestellten
bekannten Prüfvorrichtung überwindet.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen mehrerer Halbleiterbauteile
in Prüfpositionen
auf einer Schnittstellenplatine, die mit einem Prüfkopf in
Wirkverbindung steht, geschaffen. Dazu weist die Schnittstellenplatine
auf ihrer Oberseite einen einzigen Prüfsockel, diesem Prüfsockel
zugeordnete Kontaktflächen
für Federkontaktelemente,
sowie mindestens eine Hochfrequenzsteckkomponente einer Hochfrequenzsteckverbindung
auf. Weiterhin sind bei der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung mehrere Schnittstellenplatinen
gleicher Bauart auf einer Hauptplatine angeordnet und über eine
Hauptschnittstelle an einen Standardprüfkopf anschließbar.
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Eine
derartige Prüfvorrichtung
hat den Vorteil, dass die Schnittstellenplatinen für jeweils
nur einen einzigen Prüfsockel
und diesem Prüfsockel
zugeordneten Kontaktflächen
für Federkontaktelemente,
sowie mindestens eine dem Prüfsockel
zugeordnete Hochfrequenzsteckkomponente, standardisiert werden können und
dann eine Mehrzahl von Schnittstellenplatinen nebeneinander angeordnet
werden kann, wobei die Schnittstellenplatinen entweder gleichzeitig
oder hintereinander über
eine Hauptplatine und eine Hauptschnittstelle mit einem Standardprüfkopf verbunden
werden können.
Somit können mehrere
Halbleiterbauteile über
eine kostengünstige Prüfvorrichtung
gleichzeitig in einem Paralleltest geprüft werden.
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Eine
derartige Prüfvorrichtung
hat weiterhin den Vorteil, dass alle Anforderungen und Aufwendungen
für die
Prüfentwicklung
auf eine einzige Schnittstellenplatine reduziert werden. Damit hat jede
Schnittstellenplatine ein identisches Layout, wie bspw. in Form
einer Streifenplatine. Für
Fehler im Entwurf und im Layout muss lediglich einmal eine Analyse
und eine Lösung
gefunden werden. Ferner werden die Unterschiede von Schnittstellenplatine
zu Schnittstellenplatine, insbesondere für Hochfrequenzbauteile, minimiert.
Darüber
hinaus kann eine äußerst kurze
Entwicklungszeit vom Entwurf bis zur Inbetriebnahme der Schnittstellenplatine
vorgesehen werden.
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Wechselwirkungen
zwischen Schnittstellenplatine und Schnittstellenplatine und damit
ein Übersprechen
ist minimiert und kann weiterhin durch entsprechende Abschirmmaßnahmen
der einzelnen Schnittstellenplatinen unterbunden werden. Die mittlere
Zeit bis zum vollständigen
Ausfall einer Schnittstellenplatine wird aufgrund der geringen Komplexität der Schaltungsanordnung
erhöht.
Ferner können eine
beliebig hohe Anzahl von Streifenplatinen als Schnittstellenplatinen
produziert werden. Schließlich ist
es möglich,
in einfachster Weise eine Schnittstellenplatine auszuwechseln.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist eine Schnittstellenplatine eine rechteckige
Oberseite auf. Eine derartige rechteckige oder streifenförmige Oberseite
hat den Vorteil, dass die Schnittstellenplatinen auf einer Hauptplatine
Längsseite
an Längsseite
angeordnet werden können
und somit raumsparend nebeneinander platzierbar sind und zu einem
Prüfband
zusammengestellt werden können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Schnittstellenplatine ein Versteifungs- und/oder
ein Abschirmelement auf ihrer Unterseite, welche der Oberseite gegenüberliegt,
auf. Ein solches Versteifungs- und Abschirmelement erhöht einerseits
die Festigkeit der Schnittstellenplatine und kann andererseits dafür sorgen,
dass eine Wechselwirkung von nebeneinander angeordneten Schnittstellenplatinen
minimiert wird. Schließlich
hat die Anordnung der Abschirmung auf der Unterseite der Schnittstellenplatine
den Vorteil, dass die Schnittstellenplatine und damit der Prüfsockel
und das Prüfobjekt
von dem darunter angeordneten Prüfkopf,
sowie der Hauptschnittstellenplatine, die ebenfalls darunter angeordnet
ist, vor elektromagnetischer Kopplung geschützt werden kann.
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Das
Versteifungselement gewährt
zusätzlich einen
mechanischen Schutz der Kopplungs- bzw. Beschaltungselemente bei
der Handhabung der Schnittstellenplatinen in der Fertigung. Das
Versteifungselement bedeckt vorzugsweise die Unterseite der Schnittstellenplatine
unter Freilassung der Kopplungselemente in Form der Kontaktflächen für die Federkontakte
und der Hochfrequenzsteckkomponenten. Zur Abschirmung bzw. als Abschirmelement kann
das Versteifungselement auf seiner äußeren Oberfläche eine
metallische Beschichtung aufweisen.
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Weiterhin
weist die Prüfvorrichtung
eine Schnittstellenplatine auf, die Kontaktflächen für ein Kontaktieren von Federkontaktelementen,
sowie mindestens eine Hochfrequenzkomponente auf ihrer Unterseite
besitzt. Diese Anordnung auf der Unterseite der Schnittstellenplatine
hat den Vorteil, dass ein Ankoppeln der Verbindungsleitung von der Schnittstellenplatine
zu der Hauptplatine über
Federkontaktelemente bzw. über
eine Hochfrequenzsteckverbindung durch einfaches Aufstecken der
Schnittstellenplatine auf die Hauptplatine erfolgen kann. Auch ein
Auswechseln von Schnittstellenplatinen wird damit erleichtert.
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Weiterhin
ist es vorgesehen, dass die Hauptplatine mehrere Schnittstellenplatinenpositionen
aufweist. Dieses ist immer dann von Vorteil, wenn der zugehörige Prüfkopf mit
der Hauptschnittstelle in Zusammenwirken mit der Hauptplatine eine
ausreichend hohe Anzahl an Verbindungsstellen aufweist, sodass mehrere
Schnittstellenplatinen gleichzeitig und parallel geprüft werden
können.
Andererseits ist es auch kein Problem, in der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
einen vereinfachten Standardprüfkopf
einzusetzen, der von Schnittstellenplatinenposition zu Schnittstellenplatinenposition
mit einer entsprechenden zwischengeschalteten Hauptplatine von einer
Schnittstellenplatine zur nächsten
unter Durchführen
der unterschiedlichen Prüfvorgänge und Prüfzyklen
umgesteckt wird.
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Weiterhin
ist es vorgesehen, dass die Hauptplatine an Schnittstellenplatinenpositionen
Klammern für
ein Positionieren und Halten der Schnittstellenplatinen aufweist.
Derartige Klammern können Schnapphaken
sein, die beim Andrücken
der Schnittstellenplatinen auf der entsprechenden Schnittstellenplatinenposition
einer Hauptplatine in entsprechend vorgese hene Aussparungen der
Schnittstellenplatine einrasten und diese in der Prüfposition
fixieren.
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Weiterhin
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Hauptplatine jeweils an einer Schnittstellenplatinenposition
mindestens mit einem Block von Federkontaktelementen ausgestattet,
der einem Prüfsockel
einer einzelnen Schnittstellenplatine zugeordnet ist. Wie in den
nachfolgenden Beispielen gezeigt wird, können auch mehrere derartige
Blöcke
von Federkontaktelementen vorgesehen werden, wobei die Hauptplatine
die Federkontaktelemente trägt
und die Unterseite der Schnittstellenplatine lediglich entsprechende
Kontaktanschlussflächen
aufweist, gegen welche die Federkontaktelemente einen Druckkontakt
zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ausüben.
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Vorzugsweise
wird für
eine Schnittstellenplatine eine Epoxidharzplatte mit doppelseitig
strukturierter Kupferkaschierung und Durchkontaktierungen vorgesehen.
Derartige Epoxidharzplatten mit doppelseitig strukturierter Kupferkaschierung
sind preiswert. Ihre Strukturierung kann den Erfordernissen einer
einzelnen Schnittstellenplatine voll angepasst werden. Zumindest
können
auf der Unterseite entsprechende Kontaktanschlussflächen zu
den zur Hauptplatine gehörenden
Federkontaktelementen vorgesehen werden. Ebenfalls kann vom Prüfsockel über Leiterbahnen
auf der Oberseite der Epoxidharzplatte und über Durchkontakte zu einer
Hochfrequenzsteckkomponente eine abgeschirmte elektrische Verbindung
hergestellt werden. Das Besondere dieser Hochfrequenzkomponente
ist es, dass ihre Zuleitungen zu dem Prüfsockel völlig gleichförmig gestaltet
werden können,
sodass keine Laufzeitunterschiede bei dem Messverfahren insbesondere
von Hochfrequenzbauteilen auftreten.
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Ein
Prüfverfahren
unter Verwendung einer Prüfvorrichtung,
entsprechend der obigen Beschreibung, weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
Zunächst
wird ein geeignetes Prüfprogramm
für das
Prüfobjekt
ausgewählt.
Anschließend
wird die Schnittstellenplatine auf eine Hauptplatine an einer Schnittstellenplatinenposition
aufgebracht. Danach kann das Prüfobjekt
auf den Prüfsockel
der Schnittstellenplatine angebracht werden, und das Prüfen des
Prüfobjektes
kann durchgeführt
werden. Mit diesem Verfahren wird der Gesamtvorgang der Prüfung deutlich
vereinfacht, und es wird eine schnellere und gründlichere Prüfung ermöglicht als
das mit der relativ komplexen Prüfvorrichtung
aus dem Stand der Technik gemäß 3 erreichbar
ist. Dabei bleibt die Prüfung
aus Sicht des Halbleiterbauteils in beiden Fällen gleich.
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Eine
derartige Prüfvorrichtung
mit einer Mehrzahl von Schnittstellenplatinen auf einer Hauptplatine
hat weiterhin ein hohes Anwendungspotenzial, wie vorzugsweise die
Möglichkeit
einen variablen Abstand zwischen den Schnittstellenplatinen vorzusehen,
sodass eine erhöhte
Anzahl von geeigneten Prüfgliedern
möglich
ist. Darüber
hinaus kann die Hauptplatine der Mehrfachschnittstellenplatinen
an fast jede Standardprüfkopfschnittstelle
von unterschiedlichen Anbietern von automatischen Prüfanlagen
angepasst werden.
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Ferner
ist es möglich,
redundante Verbindungen zu reduzieren. So kann z.B. eine Vielfachschnittstellenplatine
auch in doppelter Größe ausgeführt werden
kann, sodass diese zwei Schnittstellenpositionen abdeckt. Außerdem ist
das Mehrfachschnittstellenplatinenprinzip auch für Wafertests geeignet. Bei
Flachleiterrahmen kann ebenfalls das Mehrfachschnittstellenplatinensystem
der Erfindung eingesetzt werden, wenn die Dimensionen der Bauteilpositionen
und deren Abstand mit dem Abstand der Schnittstellenplatinen übereinstimmt.
Damit zeigt sich, dass die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung äußerst flexibel
ist und an die unterschiedlichsten Anwendungs- und Prüfanforderungen
angepasst werden kann.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beifügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine Prüfvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Prüfvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine konventionelle Prüfvorrichtung,
wie sie oben beschrieben wurde.
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine Prüfvorrichtung 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Diese Prüfvorrichtung 1 dient
dazu, Halbleiterbauteile 2 und ihre Eigenschaften zu überprüfen. Dazu
wird das Prüfobjekt 35 auf
einem Prüfsockel 3 fixiert,
wobei seine Außenkontakte über interne
Verdrahtungen 41 des Prüfsockels 3 zu
einer Verdrahtungsstruktur 42 auf der Oberseite 6 einer
Schnittstellenplatine 4 geführt werden. Die Prüfvorrichtung 1 weist
neben der Schnittstellenplatine 4 für einen einzelnen Prüfsockel 3 eine Hauptplatine 11 auf,
auf der mehrere derartige Schnittstellenplatinen 4 nebeneinander
angeordnet sein können.
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Die
Hauptplatine 11 ihrerseits ist über eine Hauptschnittstelle 12 als
Standardschnittstelle mit einem Prüfkopf 5, der ebenfalls
ein Standardtestkopf sein kann, elektrisch verbunden. Auf der Hauptplatine 11 ist
ein Block 15 von Federkontaktelementen 8 angeordnet,
die mit einer Anordnung von Kontaktflächen 7 auf der Unterseite 14 der
Schnittstellenplatine 4 durch Druckkontaktgabe verbunden
sind. Die Kontaktflächen 7 sind über Durchkontakte 29 mit
der Verdrahtungsstruktur 42 auf der Oberseite der Schnittstellplatine 4 verbunden.
Somit ergeben sich Mess- und Signalverbindungen über den Block 15 von
Federkontaktelementen zwischen dem Prüfkopf 5 und dem Prüfobjekt 35.
Aus Gründen
der verbesserten und sichereren Handhabung in der Fertigung wird
die Verdrahtungsstruktur 42 auf der Oberweite 6 auf
eine Minimum reduziert und soweit wie möglich nur auf der Unterseite
realisiert.
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Für Hochfrequenzmessungen
ist auf der Hauptplatine 11 eine Hochfrequenzsteckverbindung 10 angeordnet,
die mit einer Hochfrequenzkomponente 9 auf der Unterseite 14 der
Schnittstellenplatine 4 lösbar verbunden ist. Somit können auch
Hochfrequenzsignale und Hochfrequenzeigenschaften des Prüfobjektes 35 auf
dem Prüfsockel 3 vermessen werden.
Weiterhin weist diese Ausführungsform
der Erfindung auf der Unterseite 14 der Schnittstellenplatine 4 ein
Versteifungs- und/oder Abschirmelement 13 auf, das dafür sorgt,
dass die Festigkeit der Schnittstellenplatine 4 erhöht wird
und außerdem eine
Abschirmung gegenüber
den Signalleitungen der Hauptschnittstelle 12 gewährleistet
ist und schützt
notwendige Beschaltungselemente 42 mechanisch.
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Die
Schnittstellenplatine 4 wird in ihrer Position und mit
ihren elektrischen Druckkontaktflächen 7 gegenüber dem
Block 15 mit Federkontaktelementen durch Klammern 27 und 28 in
die ser Ausführungsform
der Erfindung gehalten, die von der Hauptplatine 11 ausgehend über den
Rand der Schnittstellenplatine 4 hinausragen und die Oberseite 6 der Schnittstellenplatine 4 mithilfe
eines Winkels arretieren. Die Schnittstellenplatine 4 kann
zu einer Standardplatine ausgebildet sein, sodass die Fertigungskosten
für die
unterschiedlichen Sockelgrößen des Prüfsockels 3 minimiert
werden.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Prüfvorrichtung 40 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Diese
Draufsicht zeigt die streifenförmige
Form der einzelnen Schnittstellenplatinen 4 in den Schnittstellenplatinenpositionen 31, 32, 33 und 34.
Die Hauptplatine 11 kann von einer bis zu beliebig vielen
Schnittstellenplatinen identischer Bauart aufnehmen. Die Hochfrequenzzuleitungen
sind paarweise angeordnet und weisen gleichmäßig lange Leiterbahnen 43 auf,
sodass Laufzeitunterschiede gleicher Signale zwischen den verschiedenen
Prüfsockelpositionen
nicht auftreten können.
Insgesamt sind vier Hochfrequenzverbindungen 10 für jede der
Schnittstellenplatinen 4 in dieser Ausführungsform der Erfindung vorgesehen.
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Im
Zentrum jeder streifenförmigen
Schnittstellenplatine 4 ist ein Prüfsockel 3 angeordnet,
der ein Prüfobjekt 35 in
seinem Zentrum aufnehmen kann. In den Randbereichen der streifenförmigen Schnittstellenplatinen 4 sind
jeweils ein Block 15, 16 für Federkontaktelemente vorgesehen.
Wie in 1 zu sehen, sind diese Blocks 15 und 16 auf
der Hauptplatine 11 fixiert und kontaktieren lediglich
entsprechende in 1 gezeigte Kontaktflächen 7 auf
der Unterseite von jeder Schnittstellenplatine 4. Auch
die Hochfrequenzsteckkomponenten 9 sind in 2 nur symbolisch
angedeutet und befinden sich auf der Unterseite der Schnittstellenplatinen 4.
Mit der Draufsicht der 2 wird deutlich, dass der Aufbau
der einzelnen Schnittstellenplatinen 4 identisch ist, und somit
sowohl die Fehlersuche als auch das Testlayout für jede der Schnittstellenplatinen 4 vereinfacht durchgeführt werden
kann, was die Kosten der Herstellung einer derartigen Prüfvorrichtung
deutlich vermindert.
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Halbleiterbauteil
- 3
- Prüfsockel
- 4
- Schnittstellenplatine
- 5
- Prüfkopf
- 6
- Oberseite
der Schnittstellenplatine
- 7
- Kontaktfläche
- 8
- Federkontaktelement
- 9
- Hochfrequenzsteckkomponente
- 10
- Hochfrequenzsteckverbindung
- 11
- Hauptplatine
- 12
- Hauptschnittstelle
- 13
- Versteifungs-
und/oder Abschirmelement
- 14
- Unterseite
der Schnittstellenplatine
- 15-26
- Block
von Federkontaktelementen
- 27,
28
- Klammer
- 29
- Durchkontaktierung
- 30
- Prüfvorrichtung
(Stand der Technik) bzw.
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- Prüfposition
- 31-34
- Schnittstellenplatinenpositionen
- 35
- Prüfobjekt
- 36,
37, 38, 39
- Prüfsockel
(Stand der Technik)
- 40
- Prüfvorrichtung
(zweite Ausführungsform
der
-
- Erfindung)
- 41
- interne
Verdrahtungen
- 42
- Verdrahtung
mit Beschaltungselementen
- 43
- Leiterbahn